Ghid cuprinzător pentru proiectarea și configurarea sistemelor de stocare fotovoltaice rezidențiale

Un sistem de stocare fotovoltaic (PV) rezidențial constă în principal din module fotovoltaice, baterii de stocare a energiei, invertoare de stocare, dispozitive de contorizare și sisteme de monitorizare. Scopul său este de a atinge autosuficiența energetică, de a reduce costurile cu energie, de a reduce emisiile de carbon și de a îmbunătăți fiabilitatea energiei. Configurarea unui sistem de stocare fotovoltaic rezidențial este un proces cuprinzător care necesită o luare în considerare atentă a diferiților factori pentru a asigura o funcționare eficientă și stabilă.

I. Prezentare generală a sistemelor de stocare fotovoltaice rezidenţiale

Înainte de a iniția configurarea sistemului, este esențial să măsurați rezistența de izolație DC între borna de intrare a matricei fotovoltaice și masă. Dacă rezistența este mai mică de U…/30mA (U… reprezintă tensiunea maximă de ieșire a rețelei fotovoltaice), trebuie luate măsuri suplimentare de împământare sau izolație.

Funcțiile principale ale sistemelor de stocare fotovoltaice rezidențiale includ:

• Autoconsum: Utilizarea energiei solare pentru a satisface cererile de energie ale gospodăriilor.
• Rasarea vârfurilor și umplerea văii: Echilibrarea consumului de energie în perioade diferite pentru a economisi costurile cu energia.
• Putere de rezervă: Furnizarea de energie fiabilă în timpul întreruperilor.
• Alimentare de urgență: Sprijinirea sarcinilor critice în timpul defectării rețelei.

Procesul de configurare include analiza nevoilor de energie ale utilizatorilor, proiectarea sistemelor fotovoltaice și de stocare, selectarea componentelor, pregătirea planurilor de instalare și schițarea măsurilor de operare și întreținere.

II. Analiza și planificarea cererii

Analiza cererii de energie

Analiza detaliată a cererii de energie este critică, inclusiv:

• Încărcare profilare: Identificarea cerințelor de putere ale diferitelor aparate.
• Consumul zilnic: Determinarea consumului mediu de energie electrică în timpul zilei și nopții.
• Prețul energiei electrice: Înțelegerea structurilor tarifare pentru a optimiza sistemul pentru economii de costuri.

Studiu de caz

• Profil utilizator:
  • Sarcina totală conectată: 8,2 kW
  • Sarcina critică: 3,6 kW
  • Consum de energie în timpul zilei: 10 kWh
  • Consum de energie pe timp de noapte: 20 kWh
• Planul de sistem:
  • Instalați un sistem hibrid de stocare fotovoltaică cu generare fotovoltaică în timpul zilei care să satisfacă cerințele de sarcină și să stocheze excesul de energie în baterii pentru utilizare pe timp de noapte. Rețeaua acționează ca o sursă suplimentară de energie atunci când PV și stocarea sunt insuficiente.

• III. Configurarea sistemului și selectarea componentelor

  1. Proiectare sistem fotovoltaic

  • Dimensiunea sistemului: Pe baza sarcinii de 8,2 kW a utilizatorului și a consumului zilnic de 30 kWh, se recomandă o matrice fotovoltaică de 12 kW. Această matrice poate genera aproximativ 36 kWh pe zi pentru a satisface cererea.
  • Module fotovoltaice: Utilizați 21 de module monocristal de 580 Wp, realizând o capacitate instalată de 12,18 kWp. Asigurați aranjarea optimă pentru expunerea maximă la lumina soarelui.

  Putere maximă Pmax [W]	575	580	585	590	595	600
  Tensiune optimă de funcționare Vmp [V]	43,73	43,88	44.02	44.17	44.31	44,45
  Curent optim de funcționare Imp [A]	13.15	13.22	13.29	13.36	13.43	13.50
  Tensiune circuit deschis Voc [V]	52.30	52,50	52,70	52,90	53.10	53.30
  Curent de scurtcircuit Isc [A]	13.89	13.95	14.01	14.07	14.13	14.19
  Eficiența modulului [%]	22.3	22.5	22.7	22.8	23.0	23.2
  Toleranța puterii de ieșire	0~+3%
  Coeficientul de temperatură al puterii maxime[Pmax]	-0,29%/℃
  Coeficientul de temperatură al tensiunii în circuit deschis [Voc]	-0,25%/℃
  Coeficientul de temperatură al curentului de scurtcircuit [Isc]	0,045%/℃
  Condiții standard de testare (STC): intensitatea luminii 1000W/m², temperatura bateriei 25℃, calitatea aerului 1,5

  2. Sistem de stocare a energiei

  • Capacitatea bateriei: Configurați un sistem de baterii litiu fier fosfat (LiFePO4) de 25,6 kWh. Această capacitate asigură o rezervă suficientă pentru sarcini critice (3,6 kW) timp de aproximativ 7 ore în timpul întreruperilor.
  • Module de baterii: Folosiți modele modulare, stivuibile, cu carcase cu clasificare IP65 pentru instalații interioare/exterioare. Fiecare modul are o capacitate de 2,56 kWh, cu 10 module care formează sistemul complet.

  3. Selectarea invertorului

  • Invertor hibrid: Utilizați un invertor hibrid de 10 kW cu capacități integrate de gestionare a stocării și PV. Caracteristicile cheie includ:
    • Intrare maximă PV: 15 kW
    • Putere: 10 kW atât pentru funcționare conectată la rețea, cât și în afara rețelei
    • Protecție: Clasament IP65 cu timp de comutare a rețelei în afara rețelei <10 ms

  4. Selectarea cablului fotovoltaic

  Cablurile fotovoltaice conectează modulele solare la invertorul sau la cutia de combinare. Ei trebuie să reziste la temperaturi ridicate, expunerea la UV și condițiile exterioare.

  • EN 50618 H1Z2Z2-K:
    • Single-core, evaluat pentru 1,5 kV DC, cu rezistență excelentă la UV și la intemperii.
  • TÜV PV1-F:
    • Flexibil, ignifug, cu o gamă largă de temperatură (-40°C până la +90°C).
  • Cablu fotovoltaic UL 4703:
    • Dublu izolat, ideal pentru sistemele pe acoperiș și la sol.
  • Cablu solar plutitor AD8:
    • Submersibil și impermeabil, potrivit pentru medii umede sau acvatice.
  • Cablu solar cu miez de aluminiu:
    • Ușoare și rentabile, utilizate în instalații la scară largă.

  5. Selectarea cablurilor de stocare a energiei

  Cablurile de stocare conectează bateriile la invertoare. Acestea trebuie să facă față curenților mari, să ofere stabilitate termică și să mențină integritatea electrică.

  • Cabluri UL10269 și UL11627:
    • Izolați cu pereți subțiri, ignifug și compact.
  • Cabluri izolate XLPE:
    • Tensiune ridicată (până la 1500 V DC) și rezistență termică.
  • Cabluri DC de înaltă tensiune:
    • Proiectat pentru interconectarea modulelor de baterii și a magistralelor de înaltă tensiune.

  Specificații recomandate pentru cablu

  Tip cablu	Model recomandat	Aplicație
  Cablu PV	EN 50618 H1Z2Z2-K	Conectarea modulelor fotovoltaice la invertor.
  Cablu PV	Cablu fotovoltaic UL 4703	Instalații pe acoperiș care necesită o izolare ridicată.
  Cablu de stocare a energiei	UL 10269, UL 11627	Conexiuni compacte ale bateriei.
  Cablu de stocare ecranat	Cablu baterie ecranat EMI	Reducerea interferențelor în sistemele sensibile.
  Cablu de înaltă tensiune	Cablu izolat XLPE	Conexiuni de curent ridicat în sistemele de baterii.
  Cablu PV plutitor	Cablu solar plutitor AD8	Medii predispuse la apă sau umede.

IV. Integrarea sistemului

Integrați module fotovoltaice, stocare de energie și invertoare într-un sistem complet:

1. Sistem fotovoltaic: Proiectați aspectul modulului și asigurați siguranța structurală cu sisteme de montare adecvate.
2. Stocarea Energiei: Instalați baterii modulare cu integrare adecvată BMS (Battery Management System) pentru monitorizare în timp real.
3. Invertor hibrid: Conectați rețele fotovoltaice și bateriile la invertor pentru o gestionare fără probleme a energiei.

V. Instalare și întreținere

Instalare:

• Evaluarea amplasamentului: Inspectați acoperișurile sau zonele de sol pentru compatibilitate structurală și expunerea la lumina soarelui.
• Instalarea echipamentelor: Montați în siguranță modulele fotovoltaice, bateriile și invertoarele.
• Testarea sistemului: Verificați conexiunile electrice și efectuați teste funcționale.

Întreţinere:

• Inspecții de rutină: Verificați cablurile, modulele și invertoarele pentru uzură sau deteriorare.
• Curatenie: Curățați în mod regulat modulele fotovoltaice pentru a menține eficiența.
• Monitorizare de la distanță: Utilizați instrumente software pentru a urmări performanța sistemului și pentru a optimiza setările.

VI. Concluzie

Un sistem de stocare PV rezidențial bine proiectat oferă economii de energie, beneficii pentru mediu și fiabilitatea energiei. Selectarea atentă a componentelor, cum ar fi modulele fotovoltaice, bateriile de stocare a energiei, invertoarele și cablurile asigură eficiența și longevitatea sistemului. Urmând o planificare adecvată,

protocoale de instalare și întreținere, proprietarii pot maximiza beneficiile investiției lor.